作者 | 北灣南巷
出品 | 汽車電子與軟件
隨著技術(shù)的不斷進步，汽車制動系統(tǒng)也在悄然發(fā)生變革。同馭汽車與菲格智能科技分別推出的電子機械制動系統(tǒng)及其控制方法，為解決電子機械制動系統(tǒng)存在的精確性和可靠性問題提供了參考價值。
同馭汽車的電子機械制動系統(tǒng)通過電機驅(qū)動，實現(xiàn)了制動力的精確傳遞和控制，而其雙重冗余設計更是將安全性提升到了新的高度。另一方面，菲格智能科技的制動控制方案則在制動踏板失效的情況下，提供了一種減速方法，確保了車輛在緊急情況下的安全。這兩項技術(shù)的應用，不僅展現(xiàn)了電子制動系統(tǒng)在精確性、可靠性和智能化方面的巨大潛力，也預示著汽車制動技術(shù)向更高效、更安全方向的持續(xù)演進。接下來，我們將詳細剖析這些技術(shù)的核心內(nèi)容，并探討它們對汽車制動系統(tǒng)未來發(fā)展的影響。
#01 同馭汽車—電子機械制動系統(tǒng)及其控制方法
同馭汽車提供了一種電子機械制動系統(tǒng) (EMB) 及其控制方法(申請?zhí)?202411205388 .9)，旨在解決傳統(tǒng)機械制動系統(tǒng)存在的精確性和可靠性問題，并提高車輛的整體制動性能和安全性。以下是該專利中的主要知識點，并進行更深入的分析：
1.1 技術(shù)背景
EMB 采用電機作為制動力的驅(qū)動源，通過機械傳動機構(gòu)將電機的動力轉(zhuǎn)化為制動力，實現(xiàn)對車輛制動盤或制動鼓的夾緊，從而達到制動的目的。
與傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)相比，EMB 具有更高的響應速度和更精確的控制能力，可以實現(xiàn)更高效的能量回收和更優(yōu)化的制動性能。
隨著汽車電子化和智能化的不斷發(fā)展，電子機械制動系統(tǒng)成為高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動駕駛系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分。傳統(tǒng)制動系統(tǒng)存在對夾緊力識別精準度低、摩擦襯片磨損難監(jiān)測等問題。現(xiàn)有EMB系統(tǒng)中的夾緊力傳感器價格昂貴，布置位置面臨挑戰(zhàn)，完全取消夾緊力傳感器會增加夾緊力辨識的難度。該發(fā)明旨在解決此類問題，以提高電子制動系統(tǒng)的精確性和可靠性。
1.2 發(fā)明目的
該專利發(fā)明的目的是設計一種具有高精度控制、快速響應和冗余安全功能的電子機械制動系統(tǒng)，具體包括以下幾個目標：
- 通過模塊化設計實現(xiàn)制動操作的精確控制。
- 監(jiān)測并識別摩擦襯片磨損狀況，延長系統(tǒng)壽命。
- 利用剛度擬合和摩擦識別實現(xiàn)對無傳感器車輪的精準控制，降低硬件成本。
1.3 組成部分
該系統(tǒng)由控制模塊和執(zhí)行模塊組成，執(zhí)行模塊包含主執(zhí)行模塊和次執(zhí)行模塊，實現(xiàn)了雙重冗余設計：
電子機械制動系統(tǒng)控制原理圖
- 主執(zhí)行模塊：包括電機、力傳感器和減速增扭機構(gòu)，負責實時測量夾緊力和轉(zhuǎn)換運動。
- 次執(zhí)行模塊：負責基于主執(zhí)行模塊的夾緊力信息和算法計算估計的夾緊力，提供冗余或輔助制動。
- 控制模塊：接收指令并控制電機旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)夾緊或釋放操作。
控制模塊:
負責發(fā)送操作指令，控制制動系統(tǒng)的運行。例如，控制模塊可以根據(jù)駕駛者的制動踏板信號或車輛的行駛狀態(tài)信息，發(fā)送相應的夾緊或釋放指令。
控制器:
與電機位置傳感器、電流傳感器和力傳感器相連，接收控制模塊的指令，并根據(jù)這些傳感器的實時信息控制電機的旋轉(zhuǎn)。
通過精確控制電機的旋轉(zhuǎn)角度和電流大小，控制器能夠執(zhí)行精確的夾緊或釋放操作。
控制器可以采用多種控制策略，例如 PID 控制、模糊控制、自適應控制等，以實現(xiàn)最佳的制動性能。
執(zhí)行模塊：
主執(zhí)行模塊:
設置有力傳感器，通過接觸識別獲取夾緊力信息。力傳感器可以實時測量制動器對制動盤或制動鼓的夾緊力，并將該信息反饋給控制器。
包括電機及減速增扭機構(gòu)、運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)、電機位置傳感器和電流傳感器。
電機及減速增扭機構(gòu)提供必要的夾緊或釋放動力，運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，實現(xiàn)制動操作。
電機位置傳感器和電流傳感器提供實時反饋，使控制器能夠精確控制電機的旋轉(zhuǎn)角度和電流大小。
次執(zhí)行模塊:
通過接觸計算獲取預估的夾緊力，提供冗余或輔助制動。次執(zhí)行模塊可以根據(jù)主執(zhí)行模塊的夾緊力數(shù)據(jù)和/或其他相關(guān)參數(shù)，通過預設的算法計算并預估夾緊力。
1.4 電子機械制動系統(tǒng)控制方法
控制目標:
實現(xiàn)夾緊力的精確控制和摩擦襯片磨損情況的有效監(jiān)測。
避免因摩擦襯片磨損導致夾緊力誤差，影響制動性能和安全性。
1.5 具體實施控制方案
基于單個力傳感器:
判斷是否滿足觸發(fā)接觸計算的條件，若滿足，則獲取車輛參數(shù)信息，進行接觸計算和活塞位置計算，再進行剛度擬合和摩擦識別，最后執(zhí)行夾緊/釋放指令；若不滿足，則直接進行活塞位置計算、剛度擬合、摩擦識別和夾緊/釋放指令。
該方法通過單個力傳感器實現(xiàn)了對無力傳感器車輪的有效控制和監(jiān)測，降低了成本，提高了制動系統(tǒng)的可靠性和安全性。
基于單個力傳感器的四車輪整體夾緊力控制流程圖
該方法結(jié)合了車輛參數(shù)和電機狀態(tài)信息，提高了估計夾緊力的準確性，為車輛制動系統(tǒng)的智能控制提供了有力支持。
基于兩個力傳感器:
與基于單個力傳感器的控制方法類似，但增加了一個力傳感器，可以更準確地估計夾緊力。
基于兩個力傳感器的四車輪整體夾緊力控制流程圖
該方法可以進一步提高制動系統(tǒng)的性能和可靠性，并更好地適應不同的車輛參數(shù)和行駛條件。
1.6 關(guān)鍵技術(shù)模塊
1. 接觸識別與接觸計算：基于電機電流變化，更新活塞接觸點行程以監(jiān)測摩擦襯片磨損狀況。
2. 剛度擬合：通過有力傳感器車輪的夾緊力和活塞位置信息，在無力傳感器車輪上進行夾緊力估計。
3. 摩擦識別與補償：通過電機轉(zhuǎn)速、電機電流和估計夾緊力控制摩擦補償，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和準確性。
1.7 具體控制方法
該系統(tǒng)的控制方法包括獲取車輛參數(shù)、進行接觸計算、夾緊力估算和摩擦識別等步驟，通過如下幾種不同的控制策略實現(xiàn)制動操作的優(yōu)化：
有力傳感器車輪:
通過力傳感器獲取夾緊力信息，并更新活塞的接觸點行程，計算活塞位置。
接觸識別：通過力傳感器得到的夾緊力變化情況和電機電流變化情況，更新活塞的接觸點行程，以此判斷摩擦襯片的磨損情況，實現(xiàn)摩擦襯片的自適應補償。
活塞位置計算：通過電機位置傳感器實時傳感的電機角度，再根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)參數(shù)進行積分獲得活塞位置。
有力傳感器的方案又分為：
1. 單力傳感器控制：在一個車輪上安裝力傳感器，其他車輪通過剛度擬合獲取夾緊力估計，實現(xiàn)全車監(jiān)控。
2.雙力傳感器控制：在兩個車輪上安裝力傳感器，并通過剛度擬合進一步提高無力傳感器車輪的控制精度。
基于單個或兩個有力傳感器的車輪夾緊力控制流程圖
無力傳感器車輪:
通過車輛參數(shù)和電機電流進行接觸計算，得到活塞位置信息，并通過剛度擬合估計夾緊力。
接觸計算：根據(jù)有力傳感器車輪中接觸點識別模塊得到的接觸點行程，結(jié)合該車輪執(zhí)行機構(gòu)的電機電流變化情況，更新活塞的接觸點行程，以此判斷摩擦襯片的磨損情況，實現(xiàn)摩擦襯片的自適應補償。 剛度擬合：接收有力傳感器車輪的夾緊力和活塞位置信息進行剛度擬合，得到夾緊力與活塞位置之間的函數(shù)關(guān)系，再根據(jù)未設置力傳感器車輪的活塞位置信息，通過該函數(shù)關(guān)系計算得到估計夾緊力。 摩擦識別：通過電機電流、電機轉(zhuǎn)速和估計夾緊力辨識摩擦補償，控制所需的摩擦轉(zhuǎn)矩。
摩擦補償：通過實時辨識和補償摩擦影響，可以減小預估夾緊力與實際夾緊力之間的偏差，提高制動的準確性。
摩擦補償有助于消除因摩擦不確定性導致的制動波動和抖動現(xiàn)象，提高制動的平穩(wěn)性和穩(wěn)定性。
精確的摩擦控制和補償可以減少制動部件的磨損和損壞風險，從而延長整個制動系統(tǒng)的使用壽命。
1.8 優(yōu)勢
精確控制：通過優(yōu)化傳感器布置和夾緊力辨識方法，實現(xiàn)夾緊力的精確控制和摩擦襯片磨損情況的有效監(jiān)測。
提高性能和可靠性: 主執(zhí)行模塊和次執(zhí)行模塊的雙重設計，提高了制動系統(tǒng)的準確性和可靠性。
降低成本: 僅在部分車輪上設置力傳感器，降低了系統(tǒng)復雜性和成本。
增強安全性: 精確控制每個車輪的夾緊力，實現(xiàn)了車輛制動力的合理分配，提升了車輛的整體制動性能和安全性。
1.9 應用前景
該電子機械制動系統(tǒng)及其控制方法可以應用于各種車輛，包括汽車、卡車、摩托車等，提高車輛的整體制動性能和安全性。
隨著汽車電子化和智能化的發(fā)展，EMB 系統(tǒng)將逐漸成為未來汽車制動系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。
1.10 未來發(fā)展方向
進一步優(yōu)化控制算法: 開發(fā)更先進的控制算法，例如基于人工智能的控制算法，以進一步提高制動系統(tǒng)的性能和可靠性。
集成更多傳感器: 例如，集成輪速傳感器、加速度傳感器等，以獲取更全面的車輛狀態(tài)信息，并進一步提高制動系統(tǒng)的控制精度。
開發(fā)更先進的摩擦模型: 建立更精確的摩擦模型，以更準確地描述摩擦襯片與制動盤之間的摩擦特性，并進一步提高制動系統(tǒng)的控制精度。
總結(jié)：
同馭汽車提供了一種先進的電子機械制動系統(tǒng)及其控制方法，該系統(tǒng)具有精確控制、高可靠性、低成本和增強安全性等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。
